20.02.2020
София Жаботинская

Бактерии резко поменяли окружающую среду перед вымиранием

5.3

Ученые выяснили, как микроорганизмы могут становиться «ключом» к резким изменениям экосистем, не задерживаясь в них надолго.

Бактерия захватчик меняет окружение, но не выживает
Бактерия захватчик меняет окружение, но не выживает / © Massachusetts Institute of Technology

Известно, что инвазивные виды растений или животных, попадающие в новую среду, где у них нет естественных врагов, начинают быстро размножаться, трансформируя экосистему и вытесняя аборигенные популяции. Яркий пример — жаба-ага в Австралии.

Похожий, но менее понятный сценарий развивается, когда захватчик прибывает, изменяет экосистему, а затем погибает. Физики из Массачусетского технологического института обнаружили, что такое «временное вторжение» может происходить в популяциях бактерий: захватчик способствует трансформации микробиома, провоцируя переход от одного стабильного состояния сообщества к другому, а сам исчезает. Статья опубликована в журнале Science Advances.

«Эти результаты показывают, что бывает так, что даже если вид не выживает в течение длительного времени, он тем не менее может оказывать долгосрочное воздействие на сообщество», — говорит старший автор исследования Джефф Гор.

Полученные данные могут показать, как такие временные захватчики влияют на экосистемы — будь то бактерии, которые изменяют микробиом кишечника человека, ненадолго появившись в его пищеварительном тракте, или козы, питающиеся так, что на обширных территориях не могут больше выжить прежние виды растений и животных.

Изначально ученые планировали изучить факторы, которые могут побудить экосистемы переключаться между двумя устойчивыми состояниями. Многие экосистемы способны существовать в альтернативных стабильных состояниях, но одна может быть более «желательной», чем другая: например, озеро, которое может быть здоровым или эвтрофным (чрезмерно покрытым водорослями). Например, Сахара стала пустыней всего 5000 лет назад — до того она была покрыта травами. Механизмы, которые управляют этими переходами, не всегда понятны, как и возможность управления ими.

Чтобы изучить принципы, которые управляют этими сложными экологическими изменениями, исследователи проверили их упрощенные версии, которые можно анализировать в лаборатории. Авторы работы изучали популяции двух видов бактерий — Corynebacterium ammiagenes и Lactobacillus plantarum, которые, как известно, подавляют рост друг друга, изменяя pH среды: в их сообществе есть два устойчивых состояния, при которых доминирует один из видов в зависимости от кислотности среды.

Микрофотография бактерий рода Lactobacillus plantarum / © Soundharrajan et al., Saudi Journal of Biological Sciences, 2015

Далее на этих стабильных состояниях анализировали влияние временных захватчиков: из шести проверенных видов три смогли изменить общую популяционную динамику экосистемы, а затем вымерли.

Например, при стабильном состоянии микробиома, где L.plantarum правит бал, эти микроорганизмы поддерживают среду кислой, что сдерживает рост C.ammoniagenes. Захватчики, которые процветают в кислой среде, попав в нее, быстро растут. Однако такой быстрый рост производит побочные продукты метаболизма, которые повышают pH, что делает окружающую среду менее гостеприимной для инвазивных микроорганизмов и L.plantarum. В результате C.ammoniagenes снова одерживают верх.

Затем исследователи выяснили, можно ли увидеть это явление в естественных популяциях бактерий. Они взяли образцы почвы и вырастили найденные ими виды бактерий, что позволило этим сообществам достичь разнообразных альтернативных стабильных состояний в лабораторной среде. После введения тех же захватчиков, которых использовали на предыдущей стадии эксперимента, ученые наблюдали схожие закономерности быстрого роста, а затем — исчезновения захватчиков вместе со сдвигом в составе первоначального сообщества. Это показывает, что такой эффект реально происходит в естественных сообществах и не является чисто лабораторным продуктом.

Хотя то, что вид создаст условия, которые приведут к его гибели, выглядит нелогично, в природе это может происходить часто. Более ранние работы показывают, что «экологическое самоубийство», при котором вид делает окружающую среду непригодной для самого себя, не редкость.

Это происходит потому, что в микробной популяции те мутации, которые позволяют быстро расти, максимально эксплуатируя окружающую среду, в краткосрочной перспективе выигрывают у тех, кто медленно растут, сохраняя ее пригодной для жизни в будущем.

«Эта работа явно имеет важные последствия для манипулирования микробными сообществами. Возможность перехода микробного сообщества из неблагоприятного состояния в благоприятное является одной из наиболее важных задач в этой области, и команда MIT показала, как временные захватчики могут быть идеальным «выключателем» — они выполняют свою работу и затем исчезают», — отмечает Стефано Аллезина, профессор экологии и эволюции в Чикагском университете.

Можно отметить, что эта модель имеет смысл не только в упрощенных сообществах. Ученые надеются, что данные их работы помогут изучать и более сложные экосистемы, такие как озера или микробиом кишечника человека, искать эти виды инвазий, вызывающих переходные состояния, и их последствия.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

Позавчера, 12:12
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

Позавчера, 19:40
Василий Парфенов

На склоне горы Арагац в западной части Армении после почти десятилетнего простоя включился РОТ-54/2.6 — уникальный радиооптический телескоп, также известный как зеркальный телескоп Геруни. Во время проверки работоспособности прибор прошел два теста, анализируя итоги которых специалисты сделают выводы о его возможностях и перспективах дальнейшего использования.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

Позавчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: